KR20170035669A - 수중 예인형 고전압 복합 케이블 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수중 예인형 고전압 복합 케이블에 관한 것으로, 상세하게는 고인장도와 최소화된 외경 그리고 사용 수심에 적합한 비중을 갖는 수중 음향 탐지용으케이블에 관한 발명이다.

Description

수중 예인형 고전압 복합 케이블{Underwater tow type high voltage composite cable}

본 발명은 수중 예인형 고전압 복합 케이블에 관한 것으로, 상세하게는 고인장도와 최소화된 외경 그리고 사용 수심에 적합한 비중을 갖는 수중 음향 탐지용으케이블에 관한 발명이다.

케이블은 통상적으로 사용하는 목적 및 방법에 따라 나뉠 수 있으며 포설 장소에 따라서도 달라진다. 먼저, 사용하는 목적에 따라 나누게 되면, 구성요소에 따라 저압, 중저압, 고전압, 초고압 등의 전력수송 목적으로 나뉘기도 하고 데이터 전송이나 제어 등의 통신 목적으로 나뉘기도 하며 상기 두 가지의 목적을 위해 복합적으로 구성될 수도 있다. 사용되는 방법에 따라 나누게 되면, 고정용과 이동용으로 나눌 수 있다. 땅속이나 건물 등에 고정 장치를 통해 고정되어 사용되는 제품도 있고, 윈치 등에 감겼다 풀렸다를 반복하는 제품도 있다.

특히 수중용 케이블은 매설형과 이동형으로 구분하게 된다. 매설형 케이블의 대표적인 것으로는 항만 감시나 지진 감지 등의 목적으로 해저에 포설되는 센서 겸용 광케이블과 전력 전송용 케이블 등이 있다. 이러한 케이블은 해저면에 고정되어 운영된다. 이동형 케이블은 원격 작동용 장비(Remotely Operated Vehicle)나 측면주사음향탐지 장치(Side Scan Sonar)등에 사용된다.

종래의 수중 예인형 케이블은 도 1과 같이 운용되는 것이 일반적이다. 송신 케이블을 통해 본체와 이격된 대상체간 전원 및 통신의 기능을 수행하고 인장선을 통해 예인력을 부여하여, 사용 중에는 본체와 원격 조정 시스템을 이어주는 기능과 예인 기능을 동시에 하고 사용하지 않을 때는 윈치에 감겨져 보관된다.

음향 탐사를 목적으로 하는 선박은 점차 사용하는 장비의 규모가 커지고 있고, 효과적인 수행을 위해 예인 속도가 빨라지고 있다. 이를 만족하기 위해서는 구성요소인 수중 예인형 케이블의 전압등급이 높아지고, 도체 단면적은 커져야 한다. 단면적에 비례하는 수중 항력의 증가로 예인력의 상승을 가져오고 또한 전체 무게의 증가로 이를 수용하기 위한 선박의 전체 하중 제한에 부담이 증가하는 문제가 발생하게 된다.

일본등록특허 제3792862호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 수중 예인형 케이블의 전송 용량을 크게 하면서 수중 항력의 증가를 최소화하기 위해 외경의 최소화를 목적으로 하며, 동시에 인장강도는 최대화하고 운용 속도와 수심에 최적화된 비중을 구현하는데 목적이 있다.

통신 신호선과 상기 통신 신호선을 둘러싸고 있는 전원 공급선과 상기 전원 공급선을 둘러싸고 있는 내부 피복선과 상기 내부 피복선을 둘러싸고 있는 인장강선과 상기 인장강선을 둘러싸고 있는 외부 피복선을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 500m 이상의 심해에서도 사용 가능하고, 최소한의 외경으로 고속의 예인을 위한 파단강도를 보유하며, 동시에 고전압 신호발생용 전원 케이블과 통신, 제어용 케이블을 복합하여 하나의 케이블로 구성할 수 있는 효과가 있다.

파단강도의 25% 수준인 실 운용 예인 하중에서도 신율은 1% 미만으로 유지되어 내부의 전력 공급과 통신용 코어에는 아무런 외력을 전가하지 않는 신뢰성과 내구성을 겸비할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 수중 예인형 케이블의 사용을 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 수중 예인형 고전압 복합 케이블을 도시한 도면.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 수중 예인형 고전압 복합 케이블을 도시하고 있다.

본 발명에 따른 수중 예인형 고전압 복합 케이블은 수중 예인을 목적으로 바다, 강 등에서 선박에 의해 드럼에 권취되어 보관되고, 이동 중에는 풀려서 물속으로 들어가 예인체를 예인하면서 전원을 공급하고 장치 제어용 통신 신호를 받는 역할을 하게 된다.

본 발명은 도시한 바와 같이, 전기적 특성 없이 형상 유지를 위한 중심선(16)과 상기 중심선(16)을 둘러싸고 있는 통신 신호선(4)과 상기 통신 신호선(4)을 둘러싸고 있는 전원 공급선(2)의 복합 구조를 포함하고, 상기 전원 공급선(2)을 둘러싸고 있는 내부 피복선(6)과 상기 내부 피복선(6)을 둘러싸고 있는 인장강선(10, 12)과 상기 인장강선(10, 12)을 둘러싸고 있는 외부 피복선(8)으로 구성된다.

이러한 구성으로 인해 고인장강도를 가지며, 수심 500m 이상에서도 적용 가능하고, 최대 외경이 50mm인 최소화된 외경과 사용 수심에 적합한 3.0~3.5의 비중을 갖는 복합 케이블을 구성할 수 있게 된다.

상기 통신 신호선(4)은 300v급의 저전압선으로 이루어진 것으로, 2개의 도체를 꼬아놓은 형태를 한 다수 개의 케이블이 상기 중심선(16)을 중심으로 일정한 피치(pitch)를 가지면서 원주 방향으로 연합(Strand)되어 구성된다. 본 발명에서의 상기 통신 신호선(4)은 6개의 케이블로 구성되었다. 상기 피치란, 완성된 하나의 케이블을 구성할 때 상기 완성된 하나의 케이블을 구성하는 다수 개의 케이블들을 중심선(16)을 기준으로 한 쪽 방향으로 꼬면서 모아주게 되는데 이때 상기 중심선(16)을 360도를 돌아서 원래 위치로 오게 되는 길이를 의미한다.

상기 전원 공급선(2)은 2.5kV급의 고전압선으로 이루어진 것으로, 다수 개의 케이블이 상기 통신 신호선(4) 주위에 일정한 피치를 가지면서 원주 방향으로 연합되어 구성되고, 상기 다수 개의 케이블 각각은 20A 이상의 통전성능을 가지며, 전체 도체의 단면적은 100mm² 이상으로 구성된다.

상기 전원 공급선(2)과 상기 통신 신호선(4)을 구성하는 다수 개의 케이블은 각각 사용전압과 전류에 적합한 절연 재료와 두께를 갖도록 설계된다.

상기 통신 신호선(4)과 상기 전원 공급선(2) 사이의 전자파의 간섭을 제어하기 위해 직접 접촉을 막을 수 있도록 분리층(14)이 형성된다. 상기 분리층(14)은 하나 또는 복수 개의 재질을 사용할 수 있으며, 본 발명에서는 폴리머와 금속재질을 사용하여 이중으로 형성하였다. 상기 분리층(14)은 상기 통신 신호선(4)과 상기 전원 공급선(2)의 사이뿐만 아니라 각 층을 이루는 상기 내부 피복선(6), 상기 외부 피복선(8), 상기 내측 인장강선(10), 상기 외측 인장강선(12) 사이에도 구성될 수 있다.

상기 인장강선(10, 12)은 예인력과 자체 하중을 포함하는 파단강도를 만족하는 케이블의 안정성을 확보하기 위한 것으로, 1.6mm의 외경을 갖는 다수 개의 케이블이 상기 내부 피복선(6) 주위에 일정한 피치를 가지면서 원주 방향으로 연합되어 구성된다. 상기 인장강선(10, 12)은 두 겹으로 구성되는데 내측 인장강선(10)과 외측 인장강선(12)이 서로 다른 연합 회전 방향을 가지며, 상기 외측 인장강선(12)의 연합 피치가 상기 내측 인장강선(10)의 연합 피치 보다 10% 크게 적용된다. 즉 상기 외측 인장강선(12)의 피치 길이가 상기 내측 연장강선(10)의 피치 길이보다 짧다. 또한 인장강선(10, 12)은 구조상 굽힘 성능에 가장 큰 영향을 미치는 인자로, 상기 인장강선(10, 12)의 연합 피치가 너무 크면 굽힘에 대한 유연성이 감소하고 연합 피치가 작아지면 유연성은 증가하나 외경이 늘어나 상기 인장강선(10, 12)의 강도에 의해 제작단계에서 완성된 케이블의 외형 구성이 불가능할 수 있다. 따라서 본 발명에서 사용한 상기 인장강선(10, 12)의 연합 피치 각도는 10~20도 범위에서 적용하였으며, 상기 인장강선(10, 12)을 적용한 본 발명의 최소 굽힘 반경은 1300mm가 된다.

두 겹으로 구성된 인장강선(10, 12)의 경우, 상기 인장강선(10, 12) 각 층에 사용되는 다수 개의 케이블 각각의 외경과 개수 그리고 연합 피치에 따라 전체 파단강도가 결정된다. 상기와 같은 구성으로 인해 본 발명은 파단강도 20톤 이상을 만족하는 동시에 이동용으로 비틀림에 대한 균형성을 확보할 수 있게 된다.

앞에서 설명한 것과 같이, 상기 통신 신호선(4)과 상기 전원 공급선(2)과 상기 인장강선(10, 12) 각각의 구성에 있어서 단일 도체보다는 다도체 구성을 통해 필요한 단면적을 확보함과 동시에 원형 구조를 유지하고 가장 최소화된 완성 외경을 구현하게 된다. 또한 각각의 다도체가 일정한 피치를 가지며 연합되는데 이때 각각의 피치는 외경과 전체 회로저항 그리고 인장용 인장강선과의 하중에 따른 신율 등의 관계를 갖는다. 본 발명에서는 상기 인장강선(10, 12), 상기 전원 공급선(2), 상기 통신 신호선(4)의 순서로 긴 피치 길이를 갖도록 구성하였다.

상기 내부 피복선(6)과 외부 피복선(8)은 수중 사용에 대한 안정성을 확보하기 위한 수밀 특성과 수압 성능을 확보하기 위해 사용된다. 본 발명에서는 최대 50기압의 정수압을 가지며, 수분 침투 방지를 위하여 방수 성능이 우수한 폴리머 재질의 피복을 적용하였다. 수밀 기능 외에도 상기 인장강선(10, 12)을 보호하고 상기 인장강선(10, 12)에 의한 마찰을 견뎌야 하는 기능을 갖는 고 내구성의 재질이 필요하여 폴리머 재질 중에서도 열가소성 우레탄을 2~3mm 두께로 적용하였다. 우레탄 재질은 수밀 특성과 내구성 그리고 유연성을 동시에 갖춘 재질로 본 발명의 목적에 부합되는 재료이다.

상기 내부 피복선(6)이 상기 전원 공급선(2)과 상기 통신 신호선(4)의 복합 구조를 둘러싸며 공극이 발생하게 되는데, 상기의 공극에 수밀특성이 있는 폴리머 재질의 충진재(20)를 적용하여 혹시라도 발생할 수 있는 내부로의 수분침투에 대해 길이 방향의 진행을 억제하도록 하였다. 또한 상기 전원 공급선(2)과 상기 통신 신호선(4)의 복합 구조의 형상 유지를 위해 상기 공극에 전기적 특성을 갖지 않는 개재심(18)을 적용하였다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 수중 예인형 고전압 복합 케이블은 20톤 이상의 파단강도를 갖게 되는데, 파단강도의 25%인 5톤 하중에서의 도체의 신율이 1% 미만으로 유지되기 위해, 상기 전원 공급선(2)과 상기 통신 신호선(4)의 연합 보다 상기 외측 인장강선(12)의 하중 분담률이 더 높도록 상기 전원 공급선(2)과 상기 통신 신호선(4)의 전체 연합 피치가 상기 외측 인장강선(12)의 연합 피치에 비해 30% 이상 작게 구성되도록 하였다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술 될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

2 : 전원 공급선
4 : 통신 신호선
6 : 내부 피복선
8 : 외부 피복선
10 : 내측 인장강선
12 : 외측 인장강선
14 : 분리층
16 : 중심선
18 : 개재심
20 : 충진재

Claims (12)

1. 통신 신호선;과
   상기 통신 신호선을 둘러싸고 있는 전원 공급선;과
   상기 전원 공급선을 둘러싸고 있는 내부 피복선;과
   상기 내부 피복선을 둘러싸고 있는 인장강선;과
   상기 인장강선을 둘러싸고 있는 외부 피복선;을 포함하는 것
   을 특징으로 하는 수중 예인형 고전압 복합 케이블.
2. 제1항에 있어서,
   상기 통신 신호선은 2개의 도체를 꼬아놓은 형태를 한 다수 개의 케이블이 중심선을 중심으로 일정한 피치를 가지면서 원주방향으로 연합되어 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 예인형 고전압 복합 케이블.
3. 제1항에 있어서,
   각각의 상기 선들 사이의 직접 접촉을 막기 위해 각 선 사이에는 분리층이 형성되는 것을 특징으로 하는 수중 예인형 고전압 복합 케이블.
4. 제3항에 있어서,
   상기 분리층은 하나 또는 복수 개의 재질을 사용할 수 있고, 폴리머와 금속 재질을 이용한 것을 특징으로 하는 수중 예인형 고전압 복합 케이블.
5. 제1항에 있어서,
   상기 내부 피복선이 안쪽의 상기 전원 공급선과 상기 통신 신호선을 둘러싸며 발생하는 공극에 폴리머 재질의 충진재를 적용하는 것을 특징으로 하는 수중 예인형 고전압 복합 케이블.
6. 제5항에 있어서,
   상기 내부 피복선과 상기 외부 피복선은 열가소성 우레탄 재질이 적용된 것을 특징으로 하는 수중 예인형 고전압 복합 케이블.
7. 제1항에 있어서,
   상기 전원 공급선은 다수 개의 케이블이 상기 통신 신호선 주위에 일정한 피치를 가지면서 원주방향으로 연합되어 구성되고, 상기 다수 개의 케이블 각각은 20A 이상의 통전성능을 가지며, 전체 도체의 단면적은 100mm² 이상인 것을 특징으로 하는 수중 예인형 고전압 복합 케이블.
8. 제1항에 있어서,
   파단강도의 25%인 하중에서도 신율은 1% 미만으로 유지되는 것을 특징으로 하는 수중 예인형 고전압 복합 케이블.
9. 제8항에 있어서,
   상기 전원 공급선과 상기 통신 신호선 전체의 연합 피치가 외측 상기 인장강선의 연합 피치에 비해 30%이상 작은 것을 특징으로 하는 수중 예인형 고전압 복합 케이블.
10. 제1항에 있어서,
    다수 개의 케이블이 상기 내부 피복선 주위에 일정한 피치를 가지면서 원주방향으로 연합되어 구성되는 상기 인장강선은 두 겹으로 구성되며, 상기 두 겹의 인장강선은 서로 다른 연합 회전 방향을 갖는 것을 특징으로 하는 수중 예인형 고전압 복합 케이블.
11. 제10항에 있어서,
    두 겹의 상기 인장강선 중 외측 인장강선의 연합 피치가 내측 인장강선의 연합 피치보다 피치 각도가 10% 크게 적용되는 것을 특징으로 하는 수중 예인형 고전압 복합 케이블.
12. 제11항에 있어서,
    상기 인장강선의 연합 피치 각도는 10~20도 범위에서 적용 가능한 것을 특징으로 하는 수중 예인형 고전압 복합 케이블.
    

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